## ANALISA KOMPARASI SIFAT FISIS DAN MEKANIS PISTON SEPEDA MOTOR DARI EMPAT PABRIKAN
Susri Mizhar 1 , Suherman 2 dan Andi Putra 3 , Zainal Arifin 4 , Sutiman 5
1 Program Studi Teknik Mesin Akademi Teknik Deli Serdang- Sumatera Utara
2 Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara
3 Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Medan
4,5 Prodi Pendidikan Teknik Otomotif-Universitas Negeri Yogyakarta
Corespoding auhtor: suherman@umsu.ac.id

## Abstract
The  piston  is  an  essential  component  in  the  internal  combustion  system.  Unfortunately,  most  piston products on the market are of low quality, which is detrimental to consumers. Most pistons sold in spare parts  shops  in  Medan  City  have  varying  prices  and  different  quality.  The  study  compares  four manufacturers'  chemical  composition,  microstructure  and  hardness  of  the  pistons  of  4-stroke motorcycles. The four types of pistons were purchased at an automotive component sales shop in Medan city. The pistons were cut by machine and then analyzed for chemical composition, microstructure and hardness. The research results show that the chemical composition of the four-piston manufacturers is almost similar, where the silicon content ranges from 2-3%, which is a hypoeutectic Al-Si aluminium alloy. Interestingly, the hardness values and microstructure of pistons are different. The hardness value for  brand  X is the  highest compared to  other  products,  at  41.16  VHN.  Microstructural  observations show that the microstructures of manufacturers W, X and Y are similar, where the Si particles are evenly distributed  with  almost  uniform  sizes.  Meanwhile,  the  Z  manufacturer  shows  a  microstructure  with fibrous Si particles with a coarse SDAS size.
Keywords: motorcycle, piston, microstructure

## Abstrak
Piston merupakan komponen yang sangat penting pada sistem pembakaran dalam. Sayangnya produk piston  yang  beredar  dipasaran  sebagian  besar  memiliki  kualitas  rendah  tentunya  sangat  merugikan konsumen. Piston yang dijual di toko spart part di Kota Medan sebagian besar memiliki harga yang bervariasi dengan kualitas yang juga berbeda. Tujuan penelitian ini adalah membandingkan komposisi kimia, mikrostruktur dan kekerasan pada piston sepeda motor bebek 4 tak dari empat pabrikan yang berbeda yang dijual di Indonesia. Piston keempat jenis pabrikan dibeli di toko komponen mesin di kota Medan. Piston dipotong dengan  mesin dan selanjutnya dianalisa komposisi kimia, mikrostruktur dan kekerasan.  Hasil  penelitian  menunjukkan  komposisi  kimia  keempat  pabrikan  piston  hampir  mirip dimana  kisaran  kandungan  Silikon  berkisar  2-3%  yang  merupakan  golong  aluminium  paduan  Al-Si hypoeutektik. Menariknya, nilai kekerasan dan mikrostruktur piston berbeda-beda, nilai kekerasan merk X  tertinggi  dibanding  dengan  produk  lainnya  yaitu  sebesar  41,16  VHN.  Pengamatan  mikrostruktur menunjukkan mikrostruktur pabrikan W, X dan Y sangat identik, dimana partikel Si tersebar merata dengan ukuran yang hampir seragam. Sedangkan pada pabrikan Z menunjukkan mikrostruktur dengan partikel Si berserabut dengan ukuran SDAS berukuran kasar.
Kata Kunci: sepeda motor; piston; mikrostruktur
Kata kunci: kekerasan, mikrostruktur, piston, sepeda motor
108. Susri Mizhar, Suherman, Andi Putra, Zainal Arifin, Sutiman

## PENDAHULUAN
Setiap  tahun  jumlah  pertumbuhan  kendaraan  di  Indonesia  mengalami  pertumbuhan yang cukup signifikan. Menurut BPS tahun 2024, total kendaraan sebesar148.261.817 kendaran dimana jumlah sepeda motor pada tahun 2022 adalah sebesar 125.305.332 kendaraaan (BPS, 2024). Pada kendaraan bermotor seperti sepeda motor terdapat komponen utama yang sangat penting seperti rangka, sistem transmisi, sistem pengereman, bodi, sistem kelistrikan dan blok silinder. Pada blok silinder terdapat banyak komponen utama seperti poros engkol, rocker arm, katup, batang penghubung, piston dan lain-lain.
Piston adalah elemen penting dari sistem pembakaran dalam pada sepeda motor. Fungsi piston  pada  sepeda  motor  adalah  memompakan  campuran  bahan  bakar  dan  udara  masuk kedalam  ruang  bakar.  Piston  memiliki  beberapa  komponen  utama  seperti  ring  piston,  celah piston,  batang  piston,  snap  ring,  dan  pena  piston.  Piston  harus  tahan  terhadap  tekanan  yang berasal  dari  ledakan  pembakaran  dari  campuran  udara  dan  bahan  bakar  diruang  bakar.  Oleh karena  itu  piston  harus  memiliki  sifat  fisis  dan  mekanis  yang  baik  sehingga  tahan  terhadap beban  dan  temperatur  tinggi.  Salah  satu  kerusakan  piston  pada  sepeda  motor  adalah  keusan yang diakibatkan karena gesekan (Nurhadi, 2010).  Saat mesin pembakaran dalam beroperasi, ring piston dan liner silinder mengalami keausan, yang seringkali menyebabkan berkurangnya kekencangan  udara  silinder  dan  efisiensi  pembakaran.  Akibatnya,  konsumsi  daya  gesekan meningkat secara signifikan sementara umur mesin berkurang (Zhang et al., 2024).
Sebagian  besar  komponen  otomotif  seperti  piston  dan  kepala  silinder  berbahan Aluminium paduan Al-Si (Nurhadi, 2010). Paduan ini memiliki kelebihan antara lain ketahanan aus dan korosi yang tinggi (Nindhia, 2010). Beberapa cara digunakan untuk meningkatkan sifat mekanik  dari  komponen  otomotif  dari  aluminium  paduan  seperti  kepala  silinder  dengan penambahan unsur-unsur tertentu guna meningkatkan sifat fisis dan mekanik antara lain dengan penambahan  magnesium  (Mizhar  &  Fauzi,  2016),  Copper  (Suherman  &  Ridwan,  2018; Suherman & Syahputra, 2014), Mangan (Suherman & Fahrizal, 2017).
Beberapa  peneliti  telah  menganalisa  sifat  fisis  dan  mekanis  beberapa  komponen otomotif  yang  beredar  dipasaran  seperti  piston  dari  berbagai  merk  (Nindhia,  2010), perbandingan piston Original dan imitasi (Nofri, 2019), Poros engkol (Crank Shaft) (Suherman & Sitorus, 2018), ring piston  (Supriyanto  et  al.,  2009), katup  (Sumiyanto, 2021) dan batang piston  (Nusa,  2016).  Sebagian  besar  penelitian  membandingkan  antara  produk  asli  dengan produk imitasi yang beredar dipasaran. Ketahanan aus pada piston asli dan imitasi juga telah diteliti  oleh  (Darmawan,  2016).  Hasil  penelitian  menunjukkan  piston  asli  memiliki  sifat ketahanan  aus  yang  lebih  baik  dibanding  piston  imitasi  dan  piston  daur  ulang.  Lebih  lanjut berbagai  factor  penyebab  keausan  telah  diteliti  oleh  (Shahsavand  et  al.,  2023;  Zhang  et  al., 2024)
Gambar 1. Berbagai jenis piston sepeda motor Untuk menganalisa kualitas piston yang dijual dipasaran penting dilakukan penelitian sifat  fisis  dan  mekanis  material  piston  sepeda  motor  4  tak.  Pada  penelitian  ini  dilakukan pengujian komposisi kimia, mikrostruktur dan kekerasan pada empat pabrikan yang berbeda. Hasil  penelitian  ini  penting  dilakukan  untuk  mengetahui  kualitas  piston  yang  dijual  bebas dipasaran apakah sesuai standar yang diizinkan.

## METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini diteliti piston sepeda motor bebek 4 tak yang dijual di Indonesia dengan 4 (empat) pabrikan yang berbeda. Piston dibeli dari penjual spart part besar yang ada di Kota Medan,  bentuk  penampang  piston  sebagaimana  disajikan  pada  gambar  (2).  Pengujian komposisi kimia piston menggunakan spectrometer analisis sebagaimana disajikan pada tabel (1).

## Gambar 2. penampang piston 4 tak
Pengambilan  sampel  uji  komposisi  kimia  dan  mikrostruktur  dilakukan  dengan  memotong piston  dengan  mesin  potong  (gambar  3).  Sampel  selanjutnya  ditempatkan  pada  resin  untuk memudahkan dalam  proses polishing. Proses polishing menggunakan kertas pasir berukuran hingga mesh 1.200. Setelah specimen telah halus, specimen selanjutnya di etsa menggunakan lautan  kimia  Pengamatan  mikrostruktur  dilakukan  dengan  menggunakan  mikroskop  optic metalurgi (Merk Zeiss Primostar Microscope)
110. Susri Mizhar, Suherman, Andi Putra, Zainal Arifin, Sutiman
Gambar 3. Pengambilan sampel uji komposi, mikrostruktur dan kekerasan
Lebih lanjut, pengujian kekerasan permukaan piston dilakukan dengan menggunakan metode pengujian  Vickers  sebanyak  5  titik  menggunakan  mesin  uji  kekerasan  Rockewell  Hardness Tester (Model RS 42000 – Choolaimedu Chennai-India).

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Komposisi Kimia
Komposisi  kimia  keempat  jenis  piston  sebagaimana  disajikan  pada  tabel  1.  Secara umum  komposisi  kimia  keempat  jenis  piston  ini  hampir  sama  yaitu  tergolong  paduan Aluminium  Silikon  (Al-Si)  hypoeutektik  karena  kandungan  Si  <  12,7%.  Dari  tabel  (1) menunjukkan kandungan Silikon dalam aluminium paduan keempat jenis piston hampir sama yaitu berkisar 2-3%. Kandungan Silikon sangat mempengaruhi kekerasan dan ketahanan aus dari  piston,  meningkatnya  kandungan  Silikon  akan  meningkatkan  kekerasan  dari  piston sehingga  meningkatkan  ketahanan  ketahanan  aus.  Secara  umum  komposisi  kimia  piston  ke empat jenis pabrikan belum memenuhi standar ASTM.
Lebih  lanjut,  penambahan  Nikel  pada  paduan  aluminium  Silikon  meningkatkan kekerasan  dan  ketahanan  korosi.  Seluruh  piston  dari  keempat  pabrikan  memiliki  kandungan Nikel  dengan kandungan  yang hampir sama. Pada proses produksi  piston dengan proses  die casting  menggunakan  cetakan  permanen.  Untuk  mengurangi  die  soldering  saat  proses pengecoran  aluminium  paduan  ditambahkan  unsur  Mn  yang  mana  membantu  reaksi  antara aluminium cair dengan permukaan cetakan sehingga membentuk fase intermetalik Al-Fe-Si di permukaan cetakan (Kamiluddin, 2008). Disisi lain, penambahan Mn pada aluminium paduan meningkatkan ketahanan pada suhu tinggi (Nindhia, 2010).
Untuk  meningkatkan  nilai  kekerasan  Aluminium  paduan  Al-Si  untuk  material  Piston juga ditambahkan Copper. Penambahan Copper pada piston dari pabrikan W, Y dan Z masing- masing sebesar 0,118%, 0,105% dan 0,135% sedangkan pada pabrikan X lebih rendah  yaitu sebesar  0,096%.  Selain  meningkatkan  kekerasan  aluminium  paduan,  penambahan  Copper menurunkan  sifat  fluiditas  logam  cair  saat  penuangan  logam  cair  ke  cetakan  (Suherman  & Ridwan, 2018).
Tabel 1. komposisi kimia Piston berbagai merk (%) Pabrikan  Carbon  Si S P Mn Ni Mo Cu W 0.0238  3.079  0.055  0.069  - 0.001 0.032  0.118
X 0.0193  2.875  0.054  0.069  0.005  0.0021  0.027  0.096 Y 0.0354  3.173  0.059  0.080  - 0.0009  0.032  0.105 Z 0.0223  3.359  0.057  0.06 0.006  0.002 0.032  0.135
Keterangan:
W = Yamaha; X = Honda; Y = Suzuki; Z = Densin

## Mikrostruktur Paduan Aluminium
Pengamatan  mikrostruktur  piston  pada  4  pabrikan  yang  berbeda  ditunjukkan  pada gambar (4). Pada pabrikan X (gambar 4-a) terlihat partikel Si tersebar merata dengan ukuran yang  seragam  dengan  bentuk  panjang  dan  berujung  runcing.  Partikel  Cu  terlihat  berbentuk persegi  (warna  gelap)  tersebar  dibeberapa  bagian.  Hal  ini  terkonfirmasi  pada  pengujian komposisi yaitu sebesar 0,09 %. Karakteristik mikrostruktur pada pabrikan  W hampir sama dengan  pabrikan  X  dimana  partikel  Si  terdistribusi  merata.  Lebih  lanjut,  pabrikan  Y menunjukkan  mikrostruktur  dengan  partikel  Si  yang  sedikit  lebih  jarang  dibanding  produk sebelumnya (W dan X), akan tetapi secara umum hampir mendekati sama. Produk piston yang dihasilkan pabrikan Z terlihat sangat mencolok perbedaannya dibandingkan 3 produk yang lain, dimana mikrostruktur yang didominasi partikel Si yang berserabut. Partikel Si dengan bentuk berserabut ini dimungkinkan karena penambahan modifier seperti Srontium. Selain itu, ukuran denrite arm spacing (SDAS) terlihat berukuran kasar karena proses pendinginan yang lambat sehingga menghasilkan  SDAS  yang kasar. Ukuran SDAS  yang kasar akan mengurangi  nilai kekerasan. Hal ini terbukti dengan hasil pengujian kekerasan produk Z lebih rendah dibanding dengan piston pabrikan lainnya (gambar 4-d).
a b Partikel Si Senyawa Al 2 Cu Senyawa Al 2 Cu Partikel Si
Gambar 4. Photo mikro  empat jenis pabrikan a) produk X, b) Produk Y dan c) Produk W dan d) Produk Z
Jika dilihat dari pengamatan mikrostruktur terlihat produk piston yang dihasilkan tidak dilakukan proses perlakuan panas setelah pengecoran. Hasil penelitian terlihat sangat berbeda disbanding dengan hasil penelitian (Nofri, 2019) dimana partikel Silikon pada piston sebagian besar  memiliki  ukuran  yang  lebih  panjang  dengan  ujung  yang  tumpul  baik  pada  piston  asli maupun produk imitasi. Selain itu terlihat senyawa Al 2 Cu Nampak tersebar merata diseluruh bagian (berwarna lebih terang). Lebih lanjut terlihat SDAS pada semua jenis piston berukuran kecil dan seragam. Hal ini terlihat pada empat jenis pabrikan piston pada penelitian ini

## Nilai Kekerasan
Sifat mekanis dari piston sangat dipengaruhi oleh komposisi dari aluminium paduan Al- Si. Nilai kekerasan sangat dipengaruhi oleh beberapa unsur seperti Silikon, Copper dan Nikel. Gambar  (5)  menunjukkan  nilai  kekerasan  Vickers  pada  beberapa  merk  piston  yang  beredar dipasaran. Nilai kekerasan piston pabrikan X lebih tinggi dibanding merk lainnya (41,6 HVN). Nilai kekerasan terlihat pada pabrikan Z dengan nilai kekerasan 36,58 VHN. Nilai kekerasan merk Y (36,32 VHN) hampir sama dengan pabarikan Z. lebih lanjut pabrikan W (40,94 VHN) menunjukkan  piston  dengan  nilai  kekerasan  yang  hampir  sama  dengan  pabrikan  X.  Secara umum,  nilai  kekerasan  piston  untuk  semua  pabrikan  lebih  rendah  dibanding  dengan  hasil penelitian  (Nofri,  2019)  yaitu  rata-rata  sebesar  120  VHN.  Hal  ini  lebih  disebabkan  karena kandungan  Silikon,  Copper  dan  Nikel  yang  terlalu  rendah  sehingga  mempengaruhi  nilai kekerasan piston.
c d Partikel Si Senyawa Al 2 Cu

## Gambar 5. pengujian kekerasan pada piston berbagai pabrikan SIMPULAN
Dari  pengujian  komposisi  kimia,  mikrostruktur    dan  pengujian  kekerasan  pada  piston berbagai  merk  dapat  ditarik  kesimpulan.  Secara  umum  komposisi  kimia  ke  empat  pabrikan hampir sama yaitu tergolong paduan Al-Si hyoeutektik dimana semua komposisi piston belum memenuhi standard ASTM sebagai material piston dimana kandungan Silikon minimal 12%Si yaitu  tergolong  paduan  Al-Si hypereutektik .  Nilai  kekerasan  piston  berbeda-beda  walaupun secara umum mikrostruktur dan komposisi kimianya sangat identik. Nilai kekerasan tertinggi ditunjukkan pada piston merk X yaitu sebesar 41,16 VHN. Mikrostruktur ketiga jenis piston (W, X, dan Y) hampir mirip, dimana sebagian besar partikel Si tersebar merata diseluruh bagian dengan ukuran kasar yang seragam kecuali pada sepeda motor pabrikan Z. mikrostruktur yang kasar  dan  nilai  kekerasan  yang  rendah  menyebabkan  ketahanan  aus  yang  rendah  sehingga menyebabkan umur pakai lebih singkat. Tidak terpenuhinya standar dan kualitas Piston yang dijual dipasaran tertentunya akan menyebabkan kerugian besar bagi konsumen.

## DAFTAR PUSTAKA
BPS. (2024). Perkembangan Jumlah Kendaraan Bermotor Menurut Jenis (Unit), 2021-2022 Darmawan,  H.  (2016).  Perbandingan  Ketahanan  Aus  Piston  GENUINE  PART  Dan  Piston Imitasi Terhadap Piston Daur Ulang. Yogyakarta: Skripsi, D3 Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Yogyakarta .
Kamiluddin, M. (2008). Pengaruh penambahan unsur mangan pada paduan aluminium 7wt% silikon  terhadap  sifat  fisik  dan  mekanik  lapisan  intermetalik  pada  fenomena  die soldering=  The  effect  of  additional  Mn  element  at  aluminium  alloy  7wt%  silicon  to physical and mechanical properties of intermetallic layer at die soldering phenomenon.
Mizhar,  S.,  &  Fauzi,  R.  (2016).  Pengaruh  penambahan  magnesium  terhadap  kekerasan, kekuatan impak dan struktur mikro pada aluminium paduan (Al-Si) dengan metode lost foam casting. MEKANIK: Jurnal Ilmiah Teknik Mesin , 2 (2).
Nindhia, T. G. T. (2010). Studi Struktur mikro Silikon dalam Paduan Aluminium-Silikon pada Piston dari Berbagai Merek Sepeda Motor. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CakraM Vol , 4 (1), 31-34.
Nofri, M. (2019). Perbandingan Nilai Kekerasan Dan Struktur Mikro Material Piston Sepeda Motor 4 Tak Original Dan Imitasi. BINA TEKNIKA , Volume 15 .
34 35 36 37 38 39 40 41 42 Pabrikan H ar d n e ss v ic ke rs (HV) Pabrikan X Pabrikan W Pabrikan Y Pabrikan Z
Nurhadi, N. (2010). STUDI KARAKTERISTIK MATERIAL PISTON DAN PENGEMBANGAN PROTOTIPE PISTON BERBASIS LIMBAH PISTON BEKAS Diponegoro University]. Nusa,  M.  S.  (2016).  FENOMENA  TERJADINYA  KERUSAKAN  PADA  MATERIAL BATANG  PISTON  THE  PHENOMENON  OF  DAMAGE  TO  THE  PISTON  ROD MATERIAL. BPPT .
Shahsavand, A., Azadi, M., & Parast, M. S. A. (2023). Microscopic study on the effect of nano- clay-particles on wear behaviors of piston aluminum-silicon alloy under various forces and speeds. Micron , 168 , 103429.
Suherman, P. R., & Ridwan, P. (2018). Effect of Cu Addition on Microstructure, Hardness and Fluidity of Aluminium Alloy Al-10Si. Ready Star , 1 (1), 108-115.
Suherman, S., & Fahrizal, F. (2017). Pengaruh Penambahan Mn Terhadap Sifat Mekanis Dan Struktur  Mikro  Pada  Paduan  Al-10si  Dengan  Metode  Lost  Foam  Casting. Majalah Ilmiah Momentum , 13 (1).
Suherman,  S.,  &  Syahputra,  S.  (2014).  Pengaruh  Penambahan  Cu  Dan  Solution  Treatment Terhadap  Sifat  Mekanis  Dan  Struktur  Mikro  Pada  Aluminium  Paduan  A356. Jurnal Dinamis , 2 (14).
Suherman, Y., Surya Murni, & Sitorus, M. (2018). Perbandingan Kekerasan dan Struktur Mikro Material  Crank  Shaft  Sepeda  Motor  Beberapa  Merk. Jurnal  Ilmiah  Teknik  Mesin" MEKANIK" , 4 (1).
Sumiyanto, S. (2021). Analisa Perbandingan Kualitas Katup Original, Katup Original Ex-Pakai Dan  Katup  Imitasi  Sepeda  Motor  YJZ  110.  cc. Jurnal  Universitas  Dian Nusantara/Tera/,, Isue 1, Edisi Maret 2021, Halaman: 84-97 , 1 (1), 84-97. Supriyanto, L., BAYUSENO, A. P., & UMARDANI, Y. (2009). Identifikasi Sifat Mekanik dan Struktur Mikro Material Ring Piston Sepeda Motor Honda Supra X.
Zhang,  B.,  Ma,  X.,  Liu,  L.,  Wang,  Y.,  Yu,  H.,  Morina,  A.,  &  Lu,  X.  (2024).  Reciprocating sliding friction behavior and wear state transition mechanism of cylinder liner and piston ring. Wear , 205293.